KR100332832B1 - Squirrel rotor using composite material and its manufacturing method - Google Patents

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Abstract

본 발명은 섬유강화 복합재료 및 히트 파이프를 사용하여 회전자를 경량화하고 열을 냉각시킴으로써 고속 및 초정밀가공으로 제품의 품질을 향상시킬 수 있는 복합재료를 이용한 농형 회전자 및 그 제조방법을 제공하는 데 목적이 있다.The present invention provides a cage rotor and a method for manufacturing the same using a composite material which can improve the quality of the product by high-speed and ultra-precision processing by lightening the rotor and cooling the heat using fiber-reinforced composite materials and heat pipes. There is a purpose.

위와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 회전축(21)의 둘레에 결합되며 복합재료로 제작된 복합재료 파이프(22)와, 복합재료 파이프(22)의 둘레에 결합되는 농형 전도체(squirrel cage conductor ; 23)를 포함한다. 또한, 농형 전도체(23)의 슬롯(24)에는 열을 냉각시키는 히트 파이프(heat pipe ; 25)가 결합되고, 복합재료 파이프(22)에는 전동기의 성능을 향상시킬 수 있도록 자석에 잘 붙는 분말이 부가적으로 함유되어 있는 것이 양호하다. 또한, 복합재료 파이프(22)와 농형 전도체(23) 및 히트 파이프(25)는 에폭시계 접착제나, 복합재료 파이프(22)에 함유된 수지(27)에 의해 각각 결합되는 것이 양호하다.The present invention for achieving the above object, the composite pipe 22 is made of a composite material coupled to the circumference of the rotary shaft 21, a squirrel cage conductor coupled to the circumference of the composite pipe 22 23). In addition, a heat pipe 25 for cooling heat is coupled to the slot 24 of the cage conductor 23, and the composite pipe 22 has powder that adheres well to a magnet so as to improve the performance of the electric motor. It is preferable that it contains additionally. In addition, the composite pipe 22, the thick conductor 23, and the heat pipe 25 are preferably joined by an epoxy adhesive or a resin 27 contained in the composite pipe 22, respectively.

Description

복합재료를 이용한 농형 회전자 및 그 제조방법Squirrel rotor using composite material and its manufacturing method

본 발명은 유도 전동기의 농형 회전자에 관한 것이며, 특히, 섬유강화 복합재료를 이용한 농형 회전자에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 이런 농형 회전자를 제조하는 방법에 관한 것이기도 하다.The present invention relates to a cage rotor of an induction motor, and more particularly, to a cage rotor using a fiber-reinforced composite material. The invention also relates to a method of manufacturing such a cage rotor.

우주항공기술과 자동차 등의 산업이 발달함에 따라 질량과 밀도는 낮으나 강도와 강성은 우수한 재료에 대한 필요성이 점차 증대되고 있다. 이에 따라 기존 금속 재료들보다 강도와 강성은 높으나 낮은 비중을 갖는 섬유강화 복합재료(fiber-reinforced composite material)에 대한 연구가 활발히 진행되고 있고, 또한 여러 산업분야에 섬유강화 복합재료가 점차 많이 이용되고 있는 실정이다.With the development of aerospace and automotive industries, the need for materials with low mass and density but good strength and rigidity is increasing. As a result, researches on fiber-reinforced composite materials having higher strength and stiffness but lower specific gravity than existing metal materials are being actively conducted, and fiber-reinforced composite materials are increasingly used in various industries. There is a situation.

종래 기술에 따른 농형 회전자(squirrel cage rotor)는 도 1 및 도 2에 도시되어 있다.Squirrel cage rotors according to the prior art are shown in FIGS. 1 and 2.

도 1 및 도 2에 보이듯이, 종래 기술에 따른 농형 회전자는 회전축(11)을 포함한다. 이런 회전축(11)의 둘레에는 회전자 철심(12)이 배치되어 있다. 이런회전자 철심(12)은 다수의 슬롯용 홈(13)이 원주상에 형성되어 있는 원형판(14)을 다수 적층함으로써 형성된다. 이렇게 형성된 철심(12)의 표면에는 원형판(14)에 형성된 슬롯용 홈(13)에 의해 다수의 슬롯(15)이 형성된다. 이 때, 슬롯(15)은 회전축(11)을 따라 형성된다. 이렇게 배치된 철심(12)의 슬롯용 홈(13)에는 고정자(Stator)에 감겨져 있는 코일로부터 유도 전류를 생성하는 역할을 하며 원형판(14)들을 고정하는 데 사용되는 전도체봉(16)이 각각 삽입되어 있다. 이렇게 삽입된 전도체봉(16)들은 회전자 철심(12)의 양 단부에 위치하는 단락환(17 ; End ring)에 의해 단락된다.As shown in Figs. 1 and 2, the cage rotor according to the prior art includes a rotating shaft (11). The rotor iron core 12 is disposed around the rotary shaft 11. This rotor iron core 12 is formed by stacking a plurality of circular plates 14 in which a plurality of slot grooves 13 are formed on a circumference. On the surface of the iron core 12 thus formed, a plurality of slots 15 are formed by the slot grooves 13 formed in the circular plate 14. At this time, the slot 15 is formed along the rotation axis (11). The slot grooves 13 of the iron cores 12 arranged in this way serve to generate an induced current from a coil wound on a stator, and each of the conductor rods 16 used to fix the circular plates 14 is inserted therein. It is. The conductor rods 16 inserted in this way are short-circuited by a short ring 17 located at both ends of the rotor iron core 12.

이렇게 구성된 종래 기술의 농형 회전자는 규소강판 및 주철 등의 철강재료를 이용한 회전자 철심과 전도체봉의 결합구조로 제작되어 있기 때문에 회전자의 질량이 무겁다는 단점이 있다. 즉, 전동기를 구동할 때에는 높은 토크가 요구되고, 전동기가 고속 회전할 때에는 회전자의 질량에 비례하는 원심력 및 관성력의 영향을 받게 되어 전동기 내부에 큰 응력이 발생하여 과도한 변형이 생긴다. 이러한 변형은 고속, 초정밀의 작동이 요구될 경우 가공되는 제품의 품질에 큰 영향을 미치고, 관성력이 증가함에 따라 회전자의 제어가 어려워지는 문제점이 발생한다.Since the squirrel rotor of the prior art configured as described above is manufactured in a combination structure of a rotor iron core and a conductor rod using steel materials such as silicon steel sheet and cast iron, the rotor has a heavy weight. That is, high torque is required when driving the motor, and when the motor rotates at a high speed, it is influenced by centrifugal force and inertia force proportional to the mass of the rotor, causing large stress inside the motor, resulting in excessive deformation. Such deformation has a great effect on the quality of the product to be processed when high-speed, ultra-precision operation is required, and as the inertial force increases, it becomes difficult to control the rotor.

또한, 대형, 고속 전동기일수록 회전자에 유도된 전류에 의해 발생된 유도열과 전동기가 고속으로 회전할 때에 회전자에 발생하는 열에 의하여, 회전자가 과도한 열변형의 영향을 받는다는 문제점이 있다.In addition, larger and higher speed motors have a problem that the rotor is affected by excessive heat deformation due to induction heat generated by current induced in the rotor and heat generated in the rotor when the motor rotates at high speed.

따라서, 본 발명은 앞서 설명한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 섬유강화 복합재료를 사용하여 회전자를 경량화시킴으로써 고속 및 초정밀가공으로 제품의 품질을 향상시킬 수 있는 복합재료를 이용한 농형 회전자 및 그 제조방법을 제공하는 데 목적이 있다.Therefore, the present invention has been made to solve the problems of the prior art as described above, by using a composite material that can improve the quality of the product at high speed and ultra precision processing by lightening the rotor using a fiber-reinforced composite material An object of the present invention is to provide a cage rotor and a manufacturing method thereof.

또한, 본 발명의 다른 목적은 히트 파이프(heat pipe)를 구비함으로써 회전자에 유도된 전류에 의해 발생된 유도열과 전동기가 고속으로 회전할 때에 발생하는 열을 감소시킬 수 있는 복합재료를 이용한 농형 회전자를 제공하는 데 있다.In addition, another object of the present invention is to provide a heat pipe (heat pipe) by using a composite material that can reduce the heat generated by the induction heat generated by the current induced in the rotor and the motor rotates at high speed To provide the former.

도 1은 종래 기술에 따른 농형 회전자의 사시도이고,1 is a perspective view of a cage rotor according to the prior art,

도 2는 도 1에 도시된 농형 회전자를 구성하는 다수의 슬롯용 홈을 갖는 원형판의 측면도이고,FIG. 2 is a side view of a circular plate having a plurality of slot grooves constituting the cage rotor shown in FIG. 1;

도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 복합재료를 이용한 농형 회전자의 구성요소들을 설명하기 위한 사시도이고,3 is a perspective view for explaining the components of the cage rotor using the composite material according to the first embodiment of the present invention,

도 4는 도 3에 도시된 복합재료를 이용한 농형 회전자를 선 A-A를 따라 절취한 단면도이고,4 is a cross-sectional view taken along line A-A of the cage rotor using the composite material shown in FIG. 3;

도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 복합재료를 이용한 농형 회전자의 단면도이고,5 is a cross-sectional view of a cage rotor using a composite material according to a second embodiment of the present invention,

도 6은 본 발명의 제3실시예에 따른 복합재료를 이용한 농형 회전자의 단면도이고,6 is a cross-sectional view of a cage rotor using a composite material according to a third embodiment of the present invention,

도 7은 도 3에 도시된 복합재료를 이용한 농형 회전자의 중요부분인 농형 전도체의 제작방법을 설명하기 위한 사시도이며,FIG. 7 is a perspective view illustrating a manufacturing method of a cage conductor which is an important part of a cage rotor using the composite material shown in FIG. 3;

도 8은 도 6에 도시된 복합재료를 이용한 농형 회전자를 성형하는 데 사용되는 금형과의 관계를 설명하기 위한 사시도.FIG. 8 is a perspective view for explaining a relationship with a mold used to mold a cage rotor using the composite material shown in FIG. 6; FIG.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings

20 : 농형 회전자 21 : 회전축20: cage rotor 21: rotation axis

22 : 원형 파이프 23 : 농형 전도체22: round pipe 23: cage conductor

24 : 슬롯 25 : 히트 파이프24: slot 25: heat pipe

26 : 접착제 27 : 수지26: adhesive 27: resin

앞서 설명한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 회전축의 둘레에 결합되며 복합재료로 제작된 복합재료 파이프와, 복합재료 파이프의 둘레에 결합되는 농형 전도체(squirrel cage conductor)를 포함한다.The present invention for achieving the object as described above includes a composite pipe coupled to the periphery of the rotation axis made of a composite material, and a squirrel cage conductor coupled to the periphery of the composite pipe.

또한, 본 발명의 농형 전도체의 슬롯에는 열을 냉각시키는 히트 파이프(heat pipe)가 결합되고, 복합재료 파이프에는 전동기의 성능을 향상시킬 수 있도록 자석에 잘 붙는 분말이 부가적으로 함유되어 있는 것이 양호하다. 또한, 본 발명의 복합재료 파이프와 농형 전도체 및 히트 파이프는 에폭시계 접착제나 상기 복합재료 파이프에 함유된 수지에 의해 각각 결합되는 것이 양호하다.In addition, it is preferable that a heat pipe for cooling heat is coupled to the slot of the concentrated conductor of the present invention, and the composite pipe additionally contains powder that adheres well to the magnet so as to improve the performance of the electric motor. Do. In addition, the composite pipe, the thick conductor and the heat pipe of the present invention are preferably joined by an epoxy adhesive or a resin contained in the composite pipe.

또한, 앞서 설명한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 회전축의 둘레에 배치될 수 있는 복합재료 파이프를 제작하는 단계와, 상기 복합재료 파이프를 경화시키는 단계와, 상기 복합재료 파이프의 둘레에 배치되는 농형 전도체를 고 전도체 재료로 제작하는 단계와, 상기 복합재료 파이프와 농형 전도체를 결합하는 단계 및, 상기 복합재료 파이프에 회전축을 결합하는 단계를 포함한다. 또한, 본 발명은 농형 전도체의 슬롯에 열을 냉각시키는 히트 파이프를 결합하는 단계를 부가적으로 포함하고, 상기 농형 전도체를 가열한 후 열박음(thermal fitting)하여 복합재료 파이프와 농형 전도체를 결합하는 것이 양호하다.In addition, the present invention for achieving the object as described above, manufacturing a composite pipe that can be disposed around the rotation axis, curing the composite pipe, and disposed around the composite pipe Fabricating the squirrel conductor into a high conductor material, coupling the composite pipe and the squirrel conductor, and coupling a rotating shaft to the composite pipe. In addition, the present invention additionally includes the step of coupling a heat pipe for cooling the heat in the slot of the concentrated conductor, and after heating the concentrated conductor and thermal fitting (thermal fitting) to join the composite pipe and the concentrated conductor Is good.

또한, 앞서 설명한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 회전축의 둘레에 배치될 수 있는 경화되지 않은 복합재료 파이프를 제작하는 단계와, 상기 복합재료 파이프의 둘레에 배치되는 농형 전도체를 고 전도체 재료로 제작하는 단계와, 상기 복합재료 파이프를 농형 전도체에 삽입하고 오토클레이브(autoclave)에서 경화시켜 상기 복합재료 파이프와 농형 전도체를 결합하는 단계 및, 상기 복합재료 파이프에 회전축을 결합하는 단계를 포함한다. 또한, 본 발명은 상기 농형 전도체의 슬롯에 열을 냉각시키는 히트 파이프를 부가적으로 배치하고 오토클레이브에서 경화시켜 결합하는 것이 양호하다.In addition, the present invention for achieving the object as described above, the step of manufacturing an uncured composite pipe that can be disposed around the axis of rotation, and the dense conductor disposed around the composite pipe is a high conductor material Coupling the composite pipe and the dense conductor by inserting the composite pipe into a dense conductor and curing in an autoclave, and coupling a rotating shaft to the composite pipe. . In addition, the present invention preferably additionally arranges heat pipes for cooling heat in slots of the dense conductors, and hardens and bonds them in an autoclave.

아래에서, 본 발명에 따른 복합재료를 이용한 농형 회전자 및 그 제조방법의 양호한 실시예들을 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명하겠다.In the following, with reference to the accompanying drawings, preferred embodiments of the cage rotor and the manufacturing method using a composite material according to the present invention will be described in detail.

[제1실시예][First Embodiment]

도면에서, 도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 복합재료를 이용한 농형 회전자의 구성요소들을 설명하기 위한 사시도이고, 도 4는 도 3에 도시된 복합재료를 이용한 농형 회전자를 선 A-A를 따라 절취한 단면도이며, 도 7은 도 3에 도시된 복합재료를 이용한 농형 회전자의 중요부분인 농형 전도체의 제작방법을 설명하기 위한 사시도이다.In the drawings, FIG. 3 is a perspective view illustrating components of the squirrel rotor using the composite material according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a line AA of the squirrel rotor using the composite material shown in FIG. 3. 7 is a cross-sectional view taken along the line, and FIG. 7 is a perspective view illustrating a method of manufacturing a cage conductor, which is an important part of a cage rotor using the composite material illustrated in FIG. 3.

도 3 및 도 4에 보이듯이, 본 발명의 복합재료를 이용한 농형 회전자(20)는 회전축(21)과, 이런 회전축(21)의 둘레에 배치되며 복합재료로 제작된 원형 파이프(22)와, 이런 원형 파이프(22)의 둘레에 배치되는 농형 전도체(23) 및, 이런 농형 전도체(23)에 형성된 슬롯(24)에 배치되는 히트 파이프(25)로 구성되어 있다.As shown in Figures 3 and 4, the cage rotor 20 using the composite material of the present invention is a rotary shaft 21, and the circular pipe 22 is disposed around the rotary shaft 21 and made of a composite material and And a heat pipe 25 disposed in the slot 24 formed in the cage conductor 23, and the heat conductor 25 disposed around the circular pipe 22.

여기에서, 원형 파이프(22)는 평판형상의 다수의 복합재료를 원하는 방향으로 절단하고 적층한 후 이것을 이형재가 도포된 맨드럴을 사용하여 원형으로 제작한다. 이렇게 맨드럴에 의해 형상이 형성되면, 이것을 오토클레이브(autoclave)에 넣고 적합한 경화사이클로 경화시킨다. 그러면, 복합재료로 형성된 원형 파이프(22)가 형성된다. 이 때, 원형 파이프(22)는 전동기의 성능향상을 위하여 미세한 철 분말 등 자석에 잘 붙는 분말을 복합재료에 첨가하여 제작함이 바람직하다.Here, the circular pipe 22 cuts and laminates a plurality of flat plate-like composite materials in a desired direction, and then manufactures the circular pipe 22 in a circular shape using a mandrel coated with a release material. Once the shape is formed by the mandrel, it is placed in an autoclave and cured with a suitable curing cycle. Then, a circular pipe 22 formed of a composite material is formed. At this time, the circular pipe 22 is preferably manufactured by adding a powder that adheres to the magnet, such as fine iron powder, to the composite material to improve the performance of the electric motor.

또한, 복합재료로 제작된 원형 파이프(22)의 둘레에는 고정자(stator)에 감겨져 있는 코일로부터 유도 전류를 생성하는 농형 전도체(23)가 배치되어 있다. 이런 농형 전도체(23)는 구리나 알루미늄과 같이 높은 전기 전도성을 갖는 얇은 파이프로 제작된다. 이 때, 농형 전도체(23)는 도 7에 도시된 바와 같이 전도성 파이프를 가공장치(31)를 사용하여 절삭 가공하여 다수의 길다란 막대형상의 슬롯(24)을 형성함으로써 제작된다. 이 때, 슬롯(24)은 축방향을 따라 형성되고, 또한 원주방향으로 소정의 간격을 두고 다수개 형성된다. 이렇게 슬롯(24)을 형성하는 가공장치(31)에는 엔드밀, 방전 가공용 와이어 및 레이저 가공기 등이 있다.Further, a circumferential conductor 23 for generating an induced current from a coil wound around a stator is disposed around the circular pipe 22 made of a composite material. This squirrel conductor 23 is made of a thin pipe with high electrical conductivity, such as copper or aluminum. At this time, the cage conductor 23 is manufactured by cutting the conductive pipe using the processing apparatus 31 as shown in FIG. 7 to form a plurality of elongated rod-shaped slots 24. At this time, the slot 24 is formed along the axial direction, and a plurality of slots 24 are formed at predetermined intervals in the circumferential direction. Thus, the processing apparatus 31 which forms the slot 24 is an end mill, an electric wire for electric discharge machining, a laser processing machine, etc.

이렇게 형성되는 농형 전도체(23)의 슬롯(24)은 파이프의 축방향에 대해 일정한 각도를 갖도록 가공될 수도 있다. 또한, 강성이 비교적 낮은 구리나 알루미늄 재질의 얇은 파이프를 원하는 형태로 가공하기 위해서 파이프의 내경과 같은 치수의 연성 재료를 파이프 내로 삽입한 후, 절삭 가공을 행하고 내부의 연성 재료를 제거할 수도 있다.The slot 24 of the cage conductor 23 thus formed may be machined to have a constant angle with respect to the axial direction of the pipe. In addition, in order to process a thin pipe made of copper or aluminum having a relatively low rigidity into a desired shape, a flexible material having the same dimensions as the inner diameter of the pipe may be inserted into the pipe, and then the cutting may be performed to remove the internal flexible material.

이렇게 형성된 농형 전도체(23)의 슬롯(24)에는 회전자가 고속회전시 발생하는 열을 냉각시키기 위한 히트 파이프(25)가 고착되어 있다. 이 때, 히트 파이프(25)는 접착제나 경화시에 생성되는 잉여수지에 의해 견고하게 고착된다. 여기에서, 히트 파이프(25)란 진공이 형성된 파이프 내의 암모니아, 메탄올, 프레온 등의 동작 매질이 증기와 기상 사이를 등온 변화 사이클을 반복함으로써 열원에서 먼 곳의 히트 싱크까지 열을 옮기도록 만들어진 냉각장치를 말한다. 즉, 히트 파이프(25)에 열이 가해질 경우, 히트 파이프(25) 내의 유체의 기체로의 상변화에 따른 기화열로 급속한 열의 이동이 진행된다. 즉, 상대적으로 온도가 낮은 반대편으로 이동한 기체가 유체로 응축되며 증발과정동안의 흡수열을 발산함으로써 열을 냉각하게 된다.The heat pipe 25 for cooling the heat generated when the rotor rotates at high speed is fixed to the slot 24 of the cage conductor 23 thus formed. At this time, the heat pipe 25 is firmly fixed by the adhesive or the surplus resin produced during curing. Here, the heat pipe 25 is a cooling device in which an operating medium such as ammonia, methanol, freon, etc. in a vacuum-formed pipe transfers heat to a heat sink far from a heat source by repeating an isothermal change cycle between steam and gas phase. Say. That is, when heat is applied to the heat pipe 25, rapid heat transfer proceeds with the heat of vaporization due to the phase change of the fluid in the heat pipe 25 into the gas. That is, the gas which has moved to the opposite side of the relatively low temperature condenses into the fluid and cools the heat by dissipating the heat of absorption during the evaporation process.

아래에서, 앞서 설명한 바와 같이 구성된 본 발명의 복합재료를 이용한 농형 회전자의 제조방법을 설명하겠다.In the following, a method for manufacturing a cage rotor using the composite material of the present invention configured as described above will be described.

먼저, 앞서 설명한 바와 같은 과정을 통해 형성된 원형 파이프(22)와 회전축(21)을 결합한다. 그런 다음, 원형 파이프(22)의 둘레에 에폭시 등의 접착제(26)를 도포한 후 농형 전도체(23)를 원형 파이프(22)의 둘레에 삽입하여 결합한다. 이 때, 농형 전도체(23)는 원형 파이프(22)의 외경보다 약간 큰 내경을 갖는것이 사용된다. 그리고 나서, 농형 전도체(23)의 슬롯(24)에 히트 파이프(25)를 접착제(26)를 사용하여 고정한다. 이렇게 함으로써 복합재료를 이용한 농형 회전자가 제작된다.First, the circular pipe 22 and the rotating shaft 21 formed through the process as described above are combined. Then, an adhesive 26 such as epoxy is applied around the circular pipe 22, and then the dense conductor 23 is inserted into the circular pipe 22 and joined. At this time, it is used that the cage conductor 23 has an inner diameter slightly larger than the outer diameter of the circular pipe 22. Then, the heat pipe 25 is fixed to the slot 24 of the cage conductor 23 using the adhesive 26. In this way, a cage rotor using a composite material is produced.

[제2실시예]Second Embodiment

본 발명의 제2실시예에 따른 복합재료를 이용한 농형 회전자는 열박음(thermal fitting)에 의해 제조된다는 것을 제외하고는 제1실시예의 구성요소와 동일하다. 그러므로, 구성요소에 대한 설명은 여기에서 생략하고, 그 제조방법에 대해서만 설명하겠다.The cage rotor using the composite material according to the second embodiment of the present invention is identical to the components of the first embodiment except that it is manufactured by thermal fitting. Therefore, the description of the components will be omitted here, and only the manufacturing method thereof will be described.

도면에서, 도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 복합재료를 이용한 농형 회전자의 단면도이다.5 is a cross-sectional view of a cage rotor using a composite material according to a second embodiment of the present invention.

도 5에 보이듯이, 원형 파이프(22)와 회전축(21)을 결합한다. 그런 다음, 농형 전도체(23)를 가열한 후 이것을 원형 파이프(22)의 둘레에 열박음한다. 이렇게 하면 농형 전도체(23)가 원형 파이프(22)의 둘레에 견고하게 고정된다. 이 때, 농형 전도체(23)는 원형 파이프(22)의 외경보다 약간 작은 내경을 갖는 것이 사용된다. 그리고 나서, 농형 전도체(23)의 슬롯(24)에 히트 파이프(25)를 접착제(26)를 사용하여 고정한다. 이렇게 함으로써 복합재료를 이용한 농형 회전자가 제작된다.As shown in FIG. 5, the circular pipe 22 and the rotation shaft 21 are coupled. Then, the cage conductor 23 is heated and then shrinked around the circular pipe 22. In this way, the cage conductor 23 is firmly fixed to the circumference of the circular pipe 22. At this time, the cage conductor 23 is one having an inner diameter slightly smaller than the outer diameter of the circular pipe 22. Then, the heat pipe 25 is fixed to the slot 24 of the cage conductor 23 using the adhesive 26. In this way, a cage rotor using a composite material is produced.

[제3실시예]Third Embodiment

본 발명의 제3실시예에 따른 복합재료를 이용한 농형 회전자는 원형 파이프를 먼저 경화시키지 않고, 원형 파이프와 농형 전도체 및 히트 파이프를 제 위치에먼저 배치한 후에 동시에 경화시킴으로써 제조된다는 것을 제외하고는 제1실시예의 구성요소와 동일하다. 그러므로, 구성요소에 대한 설명은 여기에서 생략하고, 그 제조방법에 대해서만 설명하겠다.The cage rotor using the composite material according to the third embodiment of the present invention is manufactured by first curing the circular pipe, the cage conductor, and the heat pipe first in place and then simultaneously curing them without first curing the circular pipe. It is the same as the component of one Embodiment. Therefore, the description of the components will be omitted here, and only the manufacturing method thereof will be described.

도면에서, 도 6은 본 발명의 제3실시예에 따른 복합재료를 이용한 농형 회전자의 단면도이고, 도 8은 도 6에 도시된 복합재료를 이용한 농형 회전자를 성형하는 데 사용되는 금형과의 관계를 설명하기 위한 사시도이다.6 is a cross-sectional view of a cage rotor using a composite material according to a third embodiment of the present invention, Figure 8 is a mold used to mold a cage rotor using the composite material shown in FIG. A perspective view for explaining the relationship.

여기에 사용되는 동시경화법에는 프리프레그를 이용하는 제조방법과 금형을 이용하는 제조방법이 있는 데, 먼저 프리프레그를 이용하는 제조방법을 설명하겠다.The co-curing method used here includes a manufacturing method using a prepreg and a manufacturing method using a mold. First, a manufacturing method using a prepreg will be described.

도 6에 보이듯이, 맨드럴에 감겨 있으며 경화되지 않은 원형 파이프(22)의 둘레에 농형 전도체(23)를 배치한 후, 농형 전도체(23)의 슬롯(24)에 히트 파이프(25)를 각각 배치한다. 그런 다음, 농형 전도체(23)와 히트 파이프(25)의 표면을 프리프레그로 도포한다. 그리고, 이것을 오토클레이브에 넣고 적합한 경화사이클로 경화시킨다. 그러면, 프리프레그 및 원형 파이프(25)에 각각 함유된 수지(27)가 녹아 원형 파이프(22)와 농형 전도체(23)의 사이 및 슬롯(24)의 틈새를 메우게 된다. 이런 과정을 통해 원형 파이프(22)와 농형 전도체(23) 및 히트 파이프(25)가 결합된다. 그런 다음, 농형 전도체(23)의 표면에 경화되어 있는 프리프레그를 연삭가공하여 농형 전도체(23)의 표면이 외부로 노출되게 가공한다. 이런 작업이 완료되면, 맨드럴을 원형 파이프(22)로부터 분리하고 이곳에 회전축(21)을 삽입하여 결합한다. 이렇게 함으로써 복합재료를 이용한 농형 회전자가 제작된다. 이런 동시경화법에 있어서, 경화되지 않은 원형 파이프(22)로부터 맨드럴을 제거하고 이곳에 진공백을 삽입하여 오토클레이브에서 동시경화할 수도 있다.As shown in FIG. 6, after placing the squirrel conductor 23 around the circular pipe 22 wound on the mandrel and not cured, the heat pipes 25 are respectively placed in the slots 24 of the squirrel conductor 23. To place. Then, the surface of the cage conductor 23 and the heat pipe 25 is coated with a prepreg. This is then placed in an autoclave and cured with a suitable curing cycle. Then, the resin 27 contained in the prepreg and the circular pipe 25 respectively melts to fill the gap between the circular pipe 22 and the dense conductor 23 and the slot 24. Through this process, the circular pipe 22, the cage conductor 23, and the heat pipe 25 are combined. Then, the prepreg hardened on the surface of the cage conductor 23 is ground to process the surface of the cage conductor 23 to be exposed to the outside. When this operation is completed, the mandrel is separated from the circular pipe 22 and the rotary shaft 21 is inserted thereinto engage. In this way, a cage rotor using a composite material is produced. In this co-curing method, the mandrel may be removed from the uncured round pipe 22 and a vacuum bag may be inserted therein to co-cur in the autoclave.

여기에 사용되는 프리프레그는 탄소섬유, 유리섬유 및 각종 섬유에 페놀수지, 에폭시수지, 폴리에스테르수지, 폴리아미드수지 등을 함침하여 어느 정도 경화시킨 복합재료를 의미한다.The prepreg used herein refers to a composite material hardened to some extent by impregnating carbon fiber, glass fiber, and various fibers with phenol resin, epoxy resin, polyester resin, polyamide resin, and the like.

아래에서는 금형을 이용한 제조방법에 대해 설명하겠다.Hereinafter, a manufacturing method using a mold will be described.

도 8에 보이듯이, 먼저, 강철 블록(41) 두 개를 각각 한 면씩 연삭 작업을 통해 연마하여 그 연마면을 서로 맞댄다. 그 후, 드릴링과 보링 작업을 통해 농형 전도체(23)의 외경과 동일한 치수의 구멍(42)을 형성한다. 이 때, 강철 블록(41)의 구멍(42)의 좌우 양단에는 그 내면을 관통하는 볼트구멍(43)과 핀홀(44)을 가공하여 농형 회전자의 구성요소의 성형시에 두 블록의 정확한 위치 조절을 용이하게 한다. 그리고, 구멍(42)의 내부에는 농형 회전자의 구성요소의 원활한 탈형을 위하여 테플론과 같은 이형재(도시되지 않음)를 도포하여 금형을 완성한다.As shown in FIG. 8, first, two steel blocks 41 are polished by grinding operation, one surface each to face each other. Thereafter, through drilling and boring operations, holes 42 having the same dimensions as the outer diameters of the cage conductors 23 are formed. At this time, the right and left ends of the hole 42 of the steel block 41 is processed by the bolt hole 43 and the pinhole 44 penetrating the inner surface of the steel block 41, the exact position of the two blocks when forming the components of the cage rotor To facilitate adjustment. In addition, a mold (not shown) such as Teflon is applied to the inside of the hole 42 to smoothly demould the components of the cage rotor.

이렇게 하여 금형이 완료되면, 도 6에 보이듯이, 맨드럴로 감겨 있으며 경화되지 않은 원형 파이프(22)의 둘레에 농형 전도체(23)를 배치한 후, 농형 전도체(23)의 슬롯(24)에 히트 파이프(25)를 각각 배치한다. 그런 다음, 원형 파이프(22)로부터 맨드럴을 제거한 후, 이것을 금형의 구멍(42)에 가이드 핀(45)을 이용하여 정확하게 배치하고 볼트(46)로 단단하게 조인다.When the mold is completed in this way, as shown in FIG. 6, the squirrel conductor 23 is disposed around the circular pipe 22 wound by the mandrel and not cured, and then inserted into the slot 24 of the squirrel conductor 23. The heat pipes 25 are disposed respectively. Then, after removing the mandrel from the circular pipe 22, it is accurately placed in the hole 42 of the mold using the guide pin 45 and tightened with the bolt 46 tightly.

그리고 나서, 나일론 등의 재질을 갖는 진공백으로 금형의 외부와 원형 파이프(22)의 내부를 감싼다. 그 후, 이 금형을 온도 및 압력을 조절할 수 있는 오토클레이브에 넣어 진공백 내부는 진공을 가하고, 진공백 외부에는 압력을 가한다. 그러면, 원형 파이프(25)에 함유된 수지(27)가 원형 파이프(22)와 농형 전도체(23)의 사이 및 슬롯(24)의 틈새를 메우게 된다. 이런 과정을 통해 원형 파이프(22)와 농형 전도체(23) 및 히트 파이프(25)가 결합된다. 그런 다음, 원형 파이프(22)에 회전축(21)을 삽입하여 결합한다. 이렇게 함으로써 복합재료를 이용한 농형 회전자가 제작된다.Then, the outside of the mold and the inside of the circular pipe 22 are wrapped with a vacuum bag made of nylon or the like. Thereafter, the mold is placed in an autoclave that can control temperature and pressure, and a vacuum is applied inside the vacuum bag and pressure is applied outside the vacuum bag. Then, the resin 27 contained in the circular pipe 25 fills the gap between the circular pipe 22 and the dense conductor 23 and the slot 24. Through this process, the circular pipe 22, the cage conductor 23, and the heat pipe 25 are combined. Then, the rotary shaft 21 is inserted into the circular pipe 22 to be coupled. In this way, a cage rotor using a composite material is produced.

앞서 설명한 실시예들에서는 기존에 사용되던 강철재질의 회전축을 사용한 농형 회전자에 대해서 설명했지만, 강철재질의 회전축 대신에 별도로 제작한 중공형의 원형단면을 갖는 복합재료 중공형 회전축을 사용하여 농형 회전자를 제작할 수도 있다.Although the above-described embodiments have described the squirrel-type rotor using a rotating shaft of steel material that has been used in the past, the squirrel-cage rotation using a composite hollow rotating shaft having a hollow circular cross section manufactured separately instead of the rotating shaft of steel materials The former can also be produced.

앞서 설명한 본 발명의 복합재료를 이용한 농형 회전자는 기존의 강철 재질에 비하여 1/4 미만의 저밀도를 갖는 고분자 기지 섬유강화 복합재료를 사용하므로 질량이 가볍다는 장점이 있다.The cage rotor using the composite material of the present invention described above has the advantage that the mass is light because it uses a polymer matrix fiber reinforced composite material having a low density of less than 1/4 compared to the conventional steel material.

또한, 본 발명의 복합재료를 이용한 농형 회전자는 질량이 가벼우므로 높은 구동 토크를 필요로 하지 않고, 편심 질량에 의한 진동 발생이 줄게 되며, 회전시에 원심력과 내부에 발생되는 응력이 감소하는 한편, 전동기가 고속 회전할 때에 관성이 감소되어 제품의 품질을 향상시킬 수 있다.In addition, since the squirrel rotor using the composite material of the present invention is light in weight, it does not require high driving torque, reduces vibration generated by the eccentric mass, and reduces the centrifugal force and stress generated therein during rotation. When the motor rotates at high speed, the inertia is reduced to improve the product quality.

또한, 본 발명의 복합재료를 이용한 농형 회전자는 히트 파이프를 구비함으로, 회전자에 유도된 전류에 의해 발생된 유도열과 전동기가 고속으로 회전할 때에 발생하는 열에 의한 열변형을 감소시키는 효과가 있다.In addition, since the squirrel rotor using the composite material of the present invention has a heat pipe, there is an effect of reducing the heat deformation caused by the induced heat generated by the current induced in the rotor and the heat generated when the motor rotates at high speed.

이상에서 본 발명에 따른 섬유강화 복합재료를 이용한 농형 회전자 및 그 제조방법에 대한 기술사상을 첨부도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 가장 양호한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다.The technical idea of the cage-shaped rotor and the manufacturing method using the fiber-reinforced composite material according to the present invention has been described above with the accompanying drawings, but this is illustrative of the best embodiment of the present invention to limit the present invention no.

Claims (8)

유도 전동기의 스테이터 코일에 전류가 흐르면 자화되어 회전축이 회전하는 농형 회전자(squirrel cage rotor)에 있어서,In a squirrel cage rotor in which the rotating shaft rotates when the current flows through the stator coil of the induction motor, 회전축의 둘레에 결합하며, 복수의 복합재료층들이 겹층되어 제작되고 복합재료층에는 자석이 잘 붙는 분말이 함유된 복합재료 파이프와;A composite pipe coupled to the circumference of the rotating shaft, the composite pipe including a plurality of composite material layers, the composite material layer containing powder to which magnets adhere well; 상기 복합재료 파이프의 둘레에 결합되며 원주를 따라 복수의 슬롯이 형성된 농형 전도체(squirrel cage conductor) 및;A squirrel cage conductor coupled to the periphery of the composite pipe and having a plurality of slots formed along a circumference thereof; 상기 농형 전도체에 형성된 슬롯에 결합되는 히트 파이프(heat pipe);를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합재료를 이용한 농형 회전자.Squirrel rotor using a composite material comprising a; heat pipe (heat pipe) coupled to the slot formed in the squirrel conductor. 제1항에 있어서, 상기 복합재료 파이프와 농형 전도체 및 히트 파이프는 에폭시계 접착제로 각각 결합되는 것을 특징으로 하는 복합재료를 이용한 농형 회전자.The cage rotor of claim 1, wherein the composite pipe, the cage conductor, and the heat pipe are each bonded with an epoxy adhesive. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 복합재료 파이프와 농형 전도체 및 히트 파이프는 상기 복합재료 파이프에 함유된 수지에 의해 각각 결합되는 것을 특징으로 하는 복합재료를 이용한 농형 회전자.The cage rotor according to claim 1 or 2, wherein the composite pipe, the cage conductor, and the heat pipe are respectively joined by a resin contained in the composite pipe. 유도 전동기의 스테이터 코일에 전류가 흐르면 자화되어 회전축이 회전하는농형 회전자(squirrel cage rotor)의 제조방법에 있어서,In the manufacturing method of a squirrel cage rotor that is magnetized when the current flows through the stator coil of the induction motor rotates, 상기 회전축의 둘레에 배치될 수 있는 복합재료 파이프를 제작하는 단계와,Fabricating a composite pipe that can be disposed around the axis of rotation; 상기 복합재료 파이프를 경화시키는 단계와,Curing the composite pipe; 상기 복합재료 파이프의 둘레에 배치되는 농형 전도체(squirrel cage conductor)를 고 전도체 재료로 제작하는 단계와,Fabricating a squirrel cage conductor disposed around the composite pipe from a high conductor material; 상기 복합재료 파이프와 농형 전도체를 결합하는 단계 및,Coupling the composite pipe and the squirrel conductor; 상기 복합재료 파이프에 회전축을 결합하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합재료를 이용한 농형 회전자의 제조방법.The method of manufacturing a cage rotor using a composite material, characterized in that it comprises the step of coupling the rotating shaft to the composite pipe. 제4항에 있어서, 상기 농형 전도체의 슬롯에 열을 냉각시키는 히트 파이프(heat pipe)를 결합하는 단계를 부가적으로 포함하는 것을 특징으로 복합재료를 이용한 농형 회전자의 제조방법.The method of claim 4, further comprising coupling a heat pipe for cooling heat to the slot of the cage conductor. 제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 농형 전도체를 가열한 후 열박음(thermal fitting)하여 상기 복합재료 파이프와 농형 전도체를 결합하는 것을 특징으로 하는 복합재료를 이용한 농형 회전자의 제조방법.6. The method of claim 4 or 5, wherein the composite pipe and the concentrated conductor are joined by heating and heating the caged conductors, followed by thermal fitting. 유도 전동기의 스테이터 코일에 전류가 흐르면 자화되어 회전축이 회전하는 농형 회전자(squirrel cage rotor)의 제조방법에 있어서,In the manufacturing method of a squirrel cage rotor that is magnetized when the current flows through the stator coil of the induction motor rotates, 상기 회전축의 둘레에 배치될 수 있는 경화되지 않은 복합재료 파이프를 제작하는 단계와,Manufacturing an uncured composite pipe that can be disposed around the axis of rotation; 상기 복합재료 파이프의 둘레에 배치되는 농형 전도체(squirrel cage conductor)를 고 전도체 재료로 제작하는 단계와,Fabricating a squirrel cage conductor disposed around the composite pipe from a high conductor material; 상기 복합재료 파이프를 농형 전도체에 삽입하고 오토클레이브(autoclave)에서 경화시켜 상기 복합재료 파이프와 농형 전도체를 결합하는 단계 및,Inserting the composite pipe into the cage conductor and curing in an autoclave to join the composite pipe and the cage conductor, 상기 복합재료 파이프에 회전축을 결합하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합재료를 이용한 농형 회전자의 제조방법.The method of manufacturing a cage rotor using a composite material, characterized in that it comprises the step of coupling the rotating shaft to the composite pipe. 제7항에 있어서, 상기 농형 전도체의 슬롯에 열을 냉각시키는 히트 파이프(heat pipe)를 부가적으로 배치하고 오토클레이브에서 경화시켜 결합하는 것을 특징으로 복합재료를 이용한 농형 회전자의 제조방법.8. The method according to claim 7, wherein a heat pipe for cooling heat is additionally disposed in the slot of the cage conductor and cured in an autoclave to bond.
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